多孔沥青路面与密实沥青路面高速公路雨天事故风险分析

郭红涛(石家庄交通勘察设计院,石家庄050000)

多孔沥青路面与密实沥青路面高速公路雨天事故风险分析

郭红涛
(石家庄交通勘察设计院,石家庄050000)

分析了道路改造前后多孔路面和密实路面上事故数量与天气之间的关系。数据采集于河北省内一条高速公路，路段全长43km。数据分道路改造之前与道路改造之后2个时期进行收集。改造前路面采用的是密实沥青混合，而改造之后路面采用的则是多孔沥青混合料。多孔路面系统相对于传统的路面系统来说，主要是考虑了多孔结构和环境友好性。安全性分析是通过分析事故数量得出的，事故数据来源于2个降雨量检测仪器检测到的数据以及交通量数据。结果显示，无论是在多孔沥青路面上还是在密实沥青路面上，事故发生的频率都与降雨量的密集程度有着较大的相关性。在密实路面上，当降雨量达到0.5mm/h时事故率就会上升，而在重降雨量的情况下，可能由于驾驶员采取了更为谨慎的措施，事故率反而会有所下降。多孔路面的应用使得无论在轻降雨量还是重降雨量的情况下事故率均有所下降。

安全情况；多孔沥青路面；密实沥青路面

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.028

1 引言

迅速移除路面上雨水对驾驶员的安全来说是非常必要的，大量的雨水造成轮胎与路面之间的黏附性消失的风险也会增加，此时移除路面雨水就显得尤为重要。多孔沥青路面的诞生就为解决路面雨水移除问题带来了曙光[1]。研究者提供了一项多孔沥青路面相对于过量雨水造成水膜的对比：这是一个拥有高孔隙率（高于20%）的沥青路面表层。Barett和Shaw在他们的实验分析中提出一种多孔的沥青混合料罩面，也称为渗透性磨耗层（PFC）或者开级配磨耗层（OGFC），是1层大约50mm厚的多孔沥青混合料，大多应用于传统高速公路沥青路面的表层来提高安全性并减少噪声。

多孔路面使路面有了更强的吸水能力，并将这些水导向路面边缘进而过滤排出。对于全年降雨丰富地区的道路是十分理想的[2]。这种高渗透性的混合料可以在第一时间将水从路表面移除从而提高道路安全性。不过，大量的水流经沥青混合料也会对材料的胶结性能造成不利的影响，使得沥青从集料上剥落。

许多研究人员已经证实了影响道路驾驶安全性的一个重要参数之一就是速度的变异性。在许多文献中，研究者已经通过研究速度预测模型来分析真实的驾驶行为[3]。

2 数据收集

分析路段取自于河北省内高速公路，起点桩号为K221+000，终点桩号为K264+000。路面纵坡最大不超过3%。

全国数据显示，这条路每年有2.5%的交通量增长率。研究区域的气候特点是从气象站获取的，并得到涉及该地区降雨量的气候状况。交通数据通过每天记录全天车辆数来获取。事故数量数据是从公安部门获取的。分析报告包含以下信息：

1)天气状况（如晴天、雨天、雪天等）;

2)路表状况（如干燥、潮湿、结冰等）;

3)所涉及的车辆数量；

4)后果（如材料损伤、受伤人数、死亡人数）

5)类型（如追尾事故、碰擦、侧翻等）。

通过分析数据获得在每起事故中的平均降雨量的值。数据库的建立遵循以下步骤：

6)将降雨量从0.2～到2.00mm/h的范围分为10个等级，即每级0.2mm/h；

7)每级是按照频率来定义的：频率=降雨的小时数（该值要介于本等级范围内降雨小时数的限值）/实验持续的总小时数；

8)降雨过程中每小时的交通量会和相应的降雨量等级（根据降雨量小时数来划分的）；

9)类似地，每段下雨时间内的事故数量也可以按照相应的剧烈程度来划分和分析，从而论证是否事故和相应的降雨等级之间存在关联。

3 数据分析

为了比较2个事故现场的安全状况，需要先定义2个合成指数I1和I2。

式中，N为试验中的事故数；L为分析路段的总长,即43km；K1为每个观测的降雨量等级中途经车辆数与在整个观测期内降雨量的小时数的比值。

在式（1）中，基于小时的数据通过乘以365×24达到基于年的数值，交通流的单元假定为108N来对结果进行解释，因为事故数量相对于交通量而言是一个很小的数值。总之，I1指数描述试验期内分析路段在相同的降雨情况下事故数量和交通流量之间的关系。

I2与I1的区别在于引进了描述事故严重程度的参数SV，与事故引起的人员伤亡情况有关（受伤和/或死亡人数）。SV数值的定义见表1。

表1 SV数值

3.1 密实沥青路面

根据上述方法采集道路现代化改造前的数据，表2和图1、图2详细的描述了I1和I2值随降雨量等级的变化。

从图表中可以看出，降雨等级上升到0.5mm/h之前，2个指数都随着降雨量的增大而增大。降雨等级为0.5mm/h时路面产生水膜的可能性比较大。

表2 不同降雨等级下的I1和I2值

试验结果与预期一致：在降雨过程中，在路面形成水膜之前，驾驶员在潮湿的路面上驾驶时能保持和在干燥路面上行驶时一致的状态。这对行车安全性会有消极的影响，因为驾驶员不能理解轮胎与路面之间附着力忽然降低的原因。

图1 密实路面I1与降雨等级关系

图2 密实路面I2与降雨等级关系

只有当驾驶员发现了路面存在连续水雾时,他们才会对驾驶和速度方面有了心理上的变化。在一些重大交通事件上，当降雨量增大时事故有增多的趋势。

3.2 多孔沥青路面

采集多孔路面的数据时所采用的方法与采用密实沥青路面的方法是一致的。I1和I2数据详见表3和图3～图4。

表3 不同降雨等级下的I1和I2值

图3 多孔沥青路面I1与降雨等级关系

图4 多孔沥青路面I2与降雨等级关系

多孔沥青路面中，I1和I2指数随着降雨量的增加而持续减小，与图2、图3中描述密实沥青路面的情况相似，较低的I1和I2指数值代表了相应的较低的事故率，较高的交通安全性是由于路面不存在水膜的关系，导致驾驶员对天气状况不会给予重视，其后便是轮胎与地面之间的附着力起了对安全性有利的作用。

3.3 密实沥青路面和多孔沥青路面结果对比

表4提供了此次实验分析的定性总结，从下雨天气下事故发生的频率、严重程度及后果（伤亡人数）等方面得出使用多孔沥青路面对提高路面安全性有很大的帮助，从表4可以看出，在分析路段上，受伤人数从48人降到了12人。另外，当恶劣天气来临时，多孔沥青路面大大提高了驾驶人员的驾驶警觉程度，在天气状况良好时也能提高他们的安全驾驶行为。

表4 密实路面与多孔路面情况对比

4 结论

本文阐述了河北省内长43km的高速公路路段，驾驶员驾驶的安全情况。分析了驾驶时不同天气状况和在不同的路面类型与交通事故之间的关系。

从事故数量和事故严重程度方面衡量，多孔性沥青路面的使用获益高达70%。使用了多孔沥青路面之后，驾驶者在移除了水膜之后的路面上行驶，安全性也得到了提高，即使在没有恶劣天气情况的时候，由于轮胎与底面直接的附着力提高了，驾驶也变得更加安全。

综上所述，路面排水系统相对于传统的沥青路面系统和水泥混凝土路面，是一项更有利于环境效益的选择。多孔路面不仅提高了环境效益，也有结构上和经济上的优点。在暴雨天气中它能为驾驶者提供更为干燥的路面从而提高驾驶安全性，也比在传统路面上行驶产生更少的噪声，并且原来的路面也不再需要对雨水进行其他方式的处理。

【1】陈瑜.公路隧道高性能多孔水泥混凝土路面研究[D].长沙：中南大学，2007.

【2】刘羽.大空隙透水沥青路面录用特性研究[D].西安：长安大学，2014.

【3】郭勇.高速公路排水性沥青混合料应用研究[D].南京：东南大学，2006.

Rain-related Crash Risk onFreeway Pavements in Porous and Dense Asphalt

GUOHong-tao
（ShijiazhuangTrafficSurveyandDesignInstitute，Shijiazhuang050000，China)

The present paper analyses the correlation between the number of crashes on freeways and weather conditions on denseasphalt and porous asphalt before and after road modernization operations. Data was collected on 43km of the freeway located inJiangsu province. Data were collected for two periods: before the modernization operations with existing dense asphalt and aftermodernization using porous asphalt. Porous pavement system is a structural and environmental mindful alternative to a traditionalpavement system. Safetyanalyseswere carried out correlating the number of crashes to the rainfall detected using two rain gauges, andthe traffic data.The results showa considerabledependence ofcrashfrequencyonthe intensityof rainfall,bothinthepresence ofporousand dense asphalt. In the first case, the accident rate increases to a rainfall of 0.5 mm/h, and then decreases due to probable greaterprudence adopted by drivers in adversemeteorological events. The use of porous asphalt allows a reduction in the accident rate both inadversemeteorological conditionsandfor light rain.

safetyconditions;porousasphaltpavement;denseasphaltpavement

U416.217;U412.36+6;U418.5+4

A

1007-9467（2016）12-0103-03

2016-05-20

郭红涛（1969～），女，河北石家庄人，高级工程师，从事交通公路工程设计与研究。